וִידֵאוֹ: EUV: Lasers, plasma, and the sci-fi tech that will make chips faster | Upscaled (אוֹקְטוֹבֶּר 2024)
כשמדובר בייצור שבבים, קטן יותר עדיף. כלומר, טרנזיסטורים קטנים יותר מובילים לשבבים שאורזים פונקציות רבות יותר לאזור קטן יותר, והיסטורית זה הביא לשיפור מתמיד של מוצרים כמו גם לעלויות מחשוב נמוכות יותר, כאשר צפיפויות הכפילה את עצמה כל שנתיים בערך. אך בשנים האחרונות השיפור הזה האט את הקצב, בין היתר מכיוון שהוא מתקשה להשתמש בכלי ליטוגרפיה קונבנציונליים כדי לייצר את הקווים הקטנים יותר הדרושים לשבבים קטנים יותר. התקווה הגדולה של התעשייה לפריצת דרך היא משהו שנקרא ליטוגרפיה אולטרה סגולה (EUV) קיצונית.
אני כותב על EUV כבר שנים, ומכונות הבדיקה הראשונות הותקנו לפני כעשור במתקני מחקר לייצור שבבים ב- SUNY ו- IMEC. יצרני השבבים הגדולים ביצעו מכונות בדיקת EUV כבר שנים, אך לאחרונה שדרגו את המכונות שלהם והתקנו דגמים חדשים, וכעת מדברים בגלוי על אופן השימוש בהם ב- EUV בצמתי הייצור שלהם 7nm ו- 5nm.
קצת הופתעתי לגלות לאחרונה כי כמה מהמרכיבים החשובים ביותר במערכת EUV מיוצרים למעשה בוילטון, קונטיקט, כ -45 מיילים מחוץ לניו יורק.
ראשית, קצת רקע. כל השבבים באלקטרוניקה בהם אתה משתמש כיום מיוצרים בסדרת צעדים מורכבת הכוללת דפוסים בפוטוליטוגרפיה, שם האור עובר דרך מסכה על גבי רקיק סיליקון, מפקיד חומרים על הוופל, ושרוט את החלקים הלא רצויים ברצף לייצור הטרנזיסטורים ושאר הרכיבים של השבב. בדרך כלל, שבב בודד יעבור שלבי ליטוגרפיה רבים ויוצר שכבות מרובות. כמעט בכל השבבים המובילים הנוכחיים, היצרנים משתמשים בתהליך הנקרא ליטוגרפיה לטבילה 193nm, או ליטוגרפיה DUV (אולטרה סגולה עמוקה), בה אור באורך גל של 193 ננומטר מופר דרך נוזל על גבי פוטורסט ליצירת דפוסים אלה.
ליתוגרפיה מסוג זה יש גבול - ככל שגודל הקווים שהוא יכול ליצור במעבר - כך שבמקרים רבים יצרני השבבים פנו למספר פעמים בשכבה אחת בכדי ליצור את העיצוב המוצע. אכן, דפוס כפול הוא כיום דבר שבשגרה, והדור החדש ביותר של השבבים של אינטל ואחרים משתמשים בטכניקה שנקראת SAQP (quad patterning - יישור עצמי). אבל כל שלב נוסף של דפוס לוקח זמן, ושגיאות בהתאמת נכון של התבניות יכולות להקשות על יצירת כל שבב בצורה מושלמת, ובכך להפחית את התשואה של שבבים טובים.
ליטוגרפיה אולטרה סגולה (EUV) קיצונית משתמשת באור באורך גל קטן יותר של 13.5 ננומטר. זה יכול לתכנן תכונות עדינות בהרבה, אבל זה גם מציב אתגרים טכניים רבים. כפי שהוסבר לי פעם, אתה מתחיל בריסוס פח מותך במהירות של 150 מיילים לשעה, מכה אותו בלייזר בדופק לפני שהוא מפיץ אותו, מפוצץ אותו בלייזר אחר ליצירת פלזמה ואז מקפיץ את האור. מראות ליצירת קרן שחייבת לפגוע בוופל בדיוק בנקודה הנכונה. במילים אחרות, זה כמו לנסות להכות בייסבול באזור סנטימטר לאותה נקודה בדיוק ביציעים 10 מיליארד פעמים ביום. כדי לבצע עבודה זו, מקור אנרגיה פלזמה בעל עוצמה גבוהה להנעת האור הוא הכרחי, ומכיוון שהוא כה מורכב, התהליך דורש יישור מדויק של כל החלקים במערכת.
בגלל המורכבות הזו, ASML - היצרנית ההולנדית הגדולה של כלי ליטוגרפיה - היא החברה היחידה שמייצרת מכונות EUV, והמכשירים דורשים חלקים ומודולים ממספר מתקנים. המפעל בווילטון מייצר כיום מודולים קריטיים הן למכונות DUV והן עבור EUV, באופטיקה ומכניקת דיוק, כך מדווח ASML עמית צ'יפ מייסון.
בפרט, מפעל Wilton הופך את המודול שתופס את השליש העליון של מכונת ה- Twinscan NXE: 3350B הנוכחית, המטפלת ומיישרת בדיוק את שלב הרשת, שבתורו מחזיקה את המסכה שדרכה מאיר האור כדי ליצור את התבנית, כמו גם חיישני יישור ופלים. המודול העליון עצמו מורכב ממודולים אחרים המיוצרים במפעל.
מנכ"ל ASML ווילטון, ביל אמלפיטאנו, הסביר כיצד במכונת EUV, המודול העליון מטפל ברשתית, החלק התחתון מטפל בפלפון, והאמצע מטפל באופטיקה מאוד מדויקת מאוד, תוצרת זייס.
כפי שהסביר מייסון, המיקום וההתאמה המדויקים של הרשת עם האופטיקה הוא קריטי ביצירת השבבים. לשם כך, הצוות בווילטון עובד עם צוותים בהולנד, קבוצת ליטוגרפיה חישובית בסן חוזה וקבוצת מטרולוגיה. המכונה מודדת כל העת היכן העניינים ומזינה תיקונים בתהליך המכונה "ליטוגרפיה הוליסטית". כל החלקים נשלחים חזרה ל- ASML בוולדהובן, הולנד, שם הם משולבים במערכת המלאה.
המכונות הסופיות הן די גדולות - בגודל די גדול בחדר. מייסון מציין כי כל דור חדש של כלי ליטוגרפיה הביא לתהליך קשה יותר, כאשר מכונות גדולות יותר יצרו תכונות קטנות יותר ויותר. בשלב זה, הוא אמר, איש אינו יכול להיות מומחה בכל התהליך, ולכן הדבר דורש עבודת צוות רבה, הן במפעל והן בשאר מוקדי החברה.
"זה לא כמו לפני 10 שנים כשהיה קל", התבדח מייסון וציין כי גם התהליכים הישנים "נראו בלתי אפשריים באותה תקופה."
מורכבים ככל שיהיו, מכונות EUV נוכחיות אינן סוף הקו. מייסון אמר כי המשרד עובד על High NA (צמצם מספרי) EUV, יחד עם שיפורים בליטוגרפיה הוליסטית ותכונות נוספות לתיקון קרבה אופטית, כדי להדפיס תכונות עדינות עוד יותר. שיפור צפיפות הטרנזיסטור הוא "עבודה משמעותית", אמר מייסון וציין כי העובדים במתקן מרגישים אחריות לספק את הטכנולוגיה החדשה.
הייתה לי הזדמנות לעבור במפעל עם ASML Wilton GM Bill Amalfitano, שהסביר שהייצור נעשה בחדר נקי של 90, 000 מ"ר, במתקן של 300, 000 מ"ר.
נראה כי חדר הניקיון שווה ערך לשני קומות בערך, ואפילו זה נראה הדוק עבור חלק מהציוד החדש ביותר, כמו מכונות EUV Twinscan מלאות. הכל נראה מאורגן היטב, עם תחנות שונות ליצירת עשרות מערכות משנה שונות שנכנסות למודולים הסופיים, והכל מקודד לפי פונקציה.
סקרנתי אותי איך יצירות מסוג זה הסתיימו בקונטיקט. מייסון ואמלפיטנו, ששניהם עובדים במתקנים שנים רבות, הסבירו שהכל התחיל לפני שנים כשפרקינס-אלמר, אז בנורוולק, יצר אופטיקה מתקדמת לדברים כמו מראות לטלסקופ האבל. אותה חברה החלה לעבוד על כלי ליטוגרפיה בסוף שנות השישים, ובסופו של דבר הפכה לאחת הספקיות הגדולות עם כלי ה- Micralign שלה. פרקינס-אלמר מכרה את החטיבה לקבוצת עמק הסיליקון בשנת 1990, ששמה שונה לה לליוגרפיה של עמק הסיליקון (SVGL), אשר בתורו נרכשה בשנת 2001 על ידי ASML.
לאורך הדרך, הסביר אמלפיטנו, המתקן המשיך להתרחב. כיום היא מעסיקה למעלה מ- 1, 200 עובדים - וצומחים - מתוך כ- 16, 000 עובדים ב- ASML.
האם אתה סקרן למהירות האינטרנט שלך בפס רחב? בחן את זה עכשיו!
